Un lento planare

Scritto da in data Novembre 24, 2021

Roteano nell’aria come tanti minuscoli semi di piante, ma portano con sé una tecnologia sofisticata e con obiettivi ben precisi.

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Microchip volanti senza motore e bioispirati

Pensate ai semi a elica delle foglie d’acero quando, una volta staccatisi dall’albero, volano a terra roteando come mini elicotteri con una sola pala. Il loro è un lento planare che non manca mai di stupire per la bellezza che la natura sa sempre dimostrare.
Deve essere stato un volo rimasto impresso anche agli ingegneri della Northwestern University in Illinois (USA), i quali si sono ispirati a questa prodezza della natura per imitarla.

Molte volte proprio la natura influenza le creazioni umane, anche le innovazioni tecnologiche. Si parla, non a caso, di tecnologia bioispirata.
È successo anche questa volta e l’ispirazione ha portato alla creazione di microchip volanti di dimensioni minuscole.

Come sono fatti i microchip volanti

I “microvolanti” o “microflier”, come sono stati chiamati questi dispositivi elettronici, sono grandi come granelli di sabbia o come la punta di una matita, e sono privi di motore. Le dimensioni, del resto, non consentirebbero di avere in dotazione un motore, sebbene non impediscano di fornire i microchip volanti di alta tecnologia ultra miniaturizzata.
Questa è costituita, nello specifico, da:

  • sensori
  • fonti di alimentazione per il funzionamento dei microchip
  • antenne per garantire la comunicazione wireless
  • una memoria incorporata per archiviare i dati

Il volo a elica che imita i semi delle piante

Prima di capire a cosa serva tutto ciò, torniamo alla capacità di movimento di questi minuscoli ritrovati. Perché è proprio su come garantirne il volo, essendo in assenza di motore, che gli ingegneri dell’ateneo statunitense si sono concentrati. Hanno studiando l’aerodinamica dei semi delle foglie delle piante – in particolare i semi di tristellateia che, proprio come quelli dell’acero, hanno ali a lama – e ne hanno copiato il design, adattandolo al loro micro sistema elettronico.

La particolarità dei semi di queste piante è la capacità di restare in aria e di disperdersi nel vento roteando su sé stessi per poi cadere lentamente a terra – il modo di madre natura di garantire la maggiore disseminazione dei semi – con una caduta lenta e controllata. Un’idea eccellente anche per un dispositivo privo di motore.

I ricercatori hanno fatto diverse prove, ricorrendo alla modellazione computazionale che ha permesso di ottimizzare rapidamente il design dei microvolanti, fino a giungere al sistema – evidentemente il più efficace – formato da tre ali e con particolari forme angolari su ognuna, per catturare meglio il vento. Mentre l’elettronica a bordo è collocata in basso e al centro del dispositivo, in modo che lì si concentri tutto il peso.

Lo scopo è stabilizzare il volo e permettere al dispositivo di restare in aria il più possibile. Quando è lasciato cadere ad alta quota, il microvolante deve scendere verso terra a bassa velocità e in modo stabile e controllato.

Microchip per monitorare l’ambiente e poi disperdersi

Detto questo, non resta che capire perché debba restare in volo il più possibile e, di conseguenza, quale sia il suo scopo.
Si è detto della dotazione tecnologica del microvolante – ovvero sensori, generatori di energia, antenne – e lo scopo di tutto ciò è il monitoraggio.
I microscopici dispositivi sono stati pensati per monitorare diversi parametri ambientali attraverso, di volta in volta, sensori specifici. Per esempio, misurare i livelli di inquinamento atmosferico – come la presenza di particolato – o ancora il pH di un dato ambiente, oppure la presenza di virus o batteri trasmessi attraverso l’aria.
Gli ingegneri statunitensi prevedono di realizzare una varietà di sensori miniaturizzati e per scopi specifici.
Volando trasportati dal vento, i microchip possono:

  • catturare tutte le informazioni necessarie
  • raccogliere i dati dei parametri prestabiliti
  • trasmetterli a un computer o a un dispositivo mobile

ma, soprattutto, possono essere distribuiti su vaste aree da controllare come fossero uno sciame di insetti che si disperde in vari punti, e formare così una sorta di rete wireless.

Cosa accade poi, una volta toccata terra? Ovviamente i ricercatori hanno pensato anche a questo aspetto. Il team dell’ateneo dell’Illinois studia da tempo sistemi elettronici bioriassorbibili che, espletato il proprio compito, possono dissolversi in acqua. I ricercatori stanno applicando gli stessi materiali ai loro nuovi microchip volanti.
Infine stanno studiando anche nuovi design in 3D – ispirati, in questo caso, ai libri pop-up per bambini – per ottimizzare la funzionalità dei microvolanti.
Sarà interessante, quindi, vedere l’applicazione nella pratica di questa minuscola tecnologia.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature.

Foto di copertina: Wiegots – Pixabay
Musica: Blowin’ in the wind – Bob Dylan

 

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